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通用GEVO16柴油机碾瓦修复工艺

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发表于 2017-11-21 13:23:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
来源: 南车戚墅堰机车有限公司  作者:路亚光

  1. 柴油机碾瓦的危害

  柴油机碾瓦,又称烧瓦,是柴油机试验和工作过程常见的质量故障。一旦发生碾瓦故障,首先,轻者需要在机车上更换轴瓦,工作量及工作难度较大,且返修质量也得不到相应的保证;重者时还需将柴油机吊离机车进行解体修理,如果轴瓦烧损、曲轴轴颈拉伤和过热变色变形、机体主轴承孔过热变色变形,返工量就更大,需更换轴瓦、曲轴和机体,且修理周期长,检修成本高。其次,柴油机是内燃机车的心脏和牵引动力,若机车在运行中发生柴油机碾瓦,还会造成机破事故,不仅给生产企业带来较大的经济损失和名誉损失,也直接影响铁路运输的畅通和安全。

  为预防柴油机碾瓦,各内燃机车制造企业针对可能造成柴油机碾瓦的主要因素逐条查找分析,制定和采取一系列预防及整改措施,但是由于引起柴油机碾瓦原因的复杂性,柴油机碾瓦还是很难避免和彻底解决的。为减少由于柴油机碾瓦造成的经济损失,笔者就柴油机碾瓦后,受损机体如何修复进行探析。

  2. 柴油机主轴承的结构及机体精度分析


  机体是柴油机的骨架,机体主轴承孔由主轴承座和与其装配的主轴承盖通过主轴承螺栓和横拉螺栓联接而成。当机体主轴承孔内安装了主轴瓦和曲轴后形成柴油机主轴承。柴油机主轴承为开合式滑动轴承,由上下两块半圆形合金瓦组成,润滑方式为压力润滑,并形成润滑油膜产生承载能力,而使柴油机正常工作。


  机体为整铸合金球墨铸铁,主轴承孔的精度要求很高,也是凸轮孔、气缸孔及其他关键要素的组装和加工基准。公司生产的一种大功率、低排放、低油耗的新型柴油机,其机体精度要求高,该机体由9挡主轴承孔组成,主轴承孔直径265+0.0320mm,圆柱度0.025mm;各孔相邻直线度0.03mm;全长直线度0.10mm。为确保机体的主轴承孔的加工精度,主轴承孔加工由龙门加工中心来完成,并经严格的精度检测来控制加工精度,一般采用准直仪与桥距及三坐标测量机对加工精度进行检测,必须满足图样设计要求。

  3. 柴油机碾瓦后机体主轴承孔的状态


  柴油机曲轴在机体主轴承孔内工作时,如果由于某种原因使油膜的最小厚度小于零件表面的微观不平度,则油膜将被破坏而失去承载能力,使曲轴主轴颈和安装在机体主轴承孔内轴瓦表面直接接触,进入半干摩擦和干摩擦状态。如果在这种状态下运转,就会导致轴瓦很快磨损和发热,轴瓦的合金层被高温全部熔化,造成曲轴碾瓦。因此柴油机碾瓦后受损严重的是曲轴、轴瓦和机体。经对多台碾瓦柴油机机体的三坐标测量表明,机体碾瓦后主轴承孔孔径变小失圆以致其圆柱度超差,主轴承孔相邻及全长直线度超差,严重时造成轴瓦粘连在曲轴上,轴旋转使主轴承孔表面拉伤。


  4. 碾瓦后机体的修复方法


  由于主轴承孔是机体上其他重要孔和面的基准,其精度要求较高,因此主轴承孔的修复最为重要和关键之处,是必须保证主轴承孔中心位置不变。因为一旦主轴承孔中心位置发生改变,左右凸轮孔至主轴承孔中心距和平行度,左右气缸孔至主轴承孔尺寸和位置精度,齿轮孔及水泵孔中心距等均将发生改变而超差。此时,即使主轴孔精度修复合格了,由于相关重要尺寸与精度的不合格而致机体仍无法重新使用。如何保证机体主轴承孔中心不变又能对主轴孔进行修复呢?最为有效而简易的方法是更换主轴承盖,并对换盖后的主轴承孔重新加工。因为在主轴承盖和主轴承座组成的主轴承孔中,主轴承盖是较为薄弱的部件;同时也是柴油机工作中受力最为严重的部件。柴油机工作时主轴承盖在下面,同时还需承受零件重力作用。因此柴油机碾瓦后主轴承盖最易发生变形而造成主轴承孔圆柱度超差,引起直线度超差。因此更换半成品主轴承盖后重新上加工中心进行校正加工对机体进行修复的方法是可行的。下面介绍碾瓦机体修复工艺流程和方法:


  (1)对碾瓦柴油机拆解,拆除机体上安装的所有附件,并对机体进行清洗,使待修机体处于较为清洁的状态。

  (2)机体按机加工组装要求重新组装各挡主轴承盖。

  (3)机体的三坐标精度检测,测量各挡主轴承孔的尺寸、坐标及形位精度。

  (4)对超差严重的挡位(一般为碾瓦挡)更换半成品主轴承盖(半圆预留2.0mm加工预余量)并将所有主轴盖挡位重新组装一遍。

  (5)机床进行校正加工,这是机体修复的关键。一是校正第1、第9挡主轴承孔中心;二是校正换盖挡相邻孔中心;三是校正换盖挡主轴承座半圆中心。校正误差必须控制在0.01mm以内;四是加工时必须控制主轴孔径尺寸,不致将孔径镗大。若更换第9挡主轴承盖,则在加工过程中必须将止推挡两端锪平,确保两面对主轴承公共轴线A-B垂直度0.03mm。

  (6)机体的人工检测和三坐标精度检测。

  (7)拆各挡主轴承盖,清理去毛刺飞边,机体的除锈和除油污。

   5. 机体修复后的检查


  机体修复后的精度检查是非常关键的工作,首先应检查机体修复部位的精度状态,同时有必要复测非修复关键部位的精度状态如凸轮轴孔、气缸孔的精度,因为这些部位的精度直接影响机体的使用性能。机体主轴承孔的检查内容主要包括以下几点:


  (1)人工检查。用内径千分尺从孔径的左、中、右三个位置(30°间隔)分别测量孔径尺寸;检查孔加工表面粗糙度。

  (2)三坐标测量。三坐标测量机体上各主轴承孔孔径、圆柱度、Y/Z坐标、相邻及全长直线度;凸轮轴孔、气缸孔相应的精度。

  (3)压瓦检查。孔径尺寸检测和三坐标测量,是采点方式的检查,应属于宏观检查;由于主轴承座孔已为成品尺寸,加工时基本接触不到。但是碾瓦引起的微观变形是很难测量的,如何衡量基微观变形呢?按组装使用要求,方法是进行主轴承孔的压瓦检查,并要求孔径表面与瓦背表面的接触≥80%。

  压瓦检查方法:将主轴承盖拆开,分别把主轴承座与主轴承盖孔表面擦洗干净;同时将轴瓦背面擦洗干净,在瓦背面表面均匀涂一层红丹粉;将轴瓦分别装入主轴承座和主轴承盖半圆孔中,将主轴承盖装入主轴承座,按主轴承盖装配要求拉伸拧紧主轴承螺栓后松开,拆开主轴承盖分别检查瓦背与主轴承座和主轴承盖半圆孔表面红丹粉压痕情况。若压瓦检查接触面达不到要求,须经钳工抛修及涂镀方式修复。

  6. 结语


  对碾瓦机体的修复,关键是要确保其中心位置不变。更换主轴承盖是最为有效且简单易行的方法。对于柴油机碾瓦严重,主轴承孔变形较大,主轴承座拉伤变形,换盖加工后仍不能恢复主轴承孔精度的,需采取涂镀修复工艺对主轴承孔进行修复,但涂镀量一般应控制在0.1mm之内;对于局部受损严重,无法涂镀时可采取局部焊修的方法,但焊补前应进行预热,焊补过程应轻轻敲击,焊后应保温,让应力释放、控制变形和防止产生裂纹,并时效一段时间后再进行加工。经对10多只碾瓦机体修复后重新组装使用情况看,均满足使用要求。


  值得注意的是,修复后的碾瓦机体在组装使用前,应十分重视内表面清理除锈工作;同时确保机体各油道和配合面的清洁度;另外检查机体各孔及面的表面质量情况,如有无磕碰伤、拉伤以及各主轴座定位销情况,因为主轴承孔碾瓦后对定位销会产生冲击,易使原为过盈配合的定位销变为间隙配合,使主轴承盖定位不准或因松动脱落。



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